Um consórcio formado por pesquisadores de mais de dez países, incluindo Brasil, Estados Unidos e algumas nações europeias, está realizando simulações do clima passado e futuro na América do Sul com resolução sem precedentes. O objetivo é criar um modelo de visualização computacional que represente com mais precisão os processos hidroclimáticos que ocorrem na região para ajudar os tomadores de decisão a implementar medidas mais eficazes de adaptação aos impactos das mudanças climáticas.



O trabalho foi apresentado em painel sobre clima no dia 10 de abril, durante a FAPESP Week Illinois, em Chicago (Estados Unidos).

“Agora estamos começando a representar corretamente o hidroclima da América do Sul nas escalas necessárias”, disse Francina Dominguez, pesquisadora do Centro Nacional para Aplicações de Supercomputação da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e coordenadora do projeto. .

Segundo Dominguez, o clima na América do Sul, como em todas as regiões do mundo, está mudando. O aumento das secas foi registrado no sul da Amazônia, na região do Cerrado, no norte do Brasil e no Chile. Este cenário afetou a produtividade agrícola, o abastecimento de água para reservatórios, a geração de energia hidrelétrica e dezenas de milhões de pessoas nas principais áreas metropolitanas, como São Paulo, Rio de Janeiro e Santiago do Chile.

Os glaciares andinos, que são uma importante fonte de água, perderam 30% da sua área nos trópicos e até 60% no sul dos Andes, as taxas mais elevadas de perda de massa glaciar do mundo. Por outro lado, o sudeste da América do Sul registou um aumento nas precipitações anuais e uma intensificação das fortes precipitações desde o início do século XX.

“A América do Sul enfrenta duas forças gigantescas, que são as mudanças climáticas e as mudanças no uso da terra, que ocorreram não apenas na floresta amazônica, mas também em outras áreas da região, como o Chaco, na Argentina. no clima global e regional. Como resultado destes processos, observámos que os extremos climáticos estão a mudar em todo o continente, colocando em risco a segurança hídrica e alimentar de milhões de pessoas", disse Dominguez.

As projeções climáticas futuras baseiam-se em modelos climáticos globais (GCM). Apesar de terem melhorado muito nas últimas décadas, essas representações conceituais do clima global não conseguem captar os detalhes do hidroclima da América do Sul e apresentam distorções significativas, observou o pesquisador.

Parte deste problema está relacionada com a resolução espacial grosseira destes modelos, cujo espaçamento horizontal da grelha, que representa a terra e os oceanos, é da ordem de dezenas de quilómetros (km). Como resultado, não conseguem representar corretamente processos que ocorrem em escalas menores e em regiões montanhosas, como a chuva de relevo – que ocorre quando as nuvens encontram obstáculos como colinas e montanhas – e a neve que se acumula nas montanhas e nos glaciares.

“Com os MCG atuais não é possível visualizar topografias complexas, e isso é um problema na América do Sul, onde estão os Andes e outras áreas com essa característica”, disse Dominguez.

Os GCM também não conseguem representar de forma realista ciclones, jactos de baixo nível – a zona estreita de ventos máximos que ocorre nos primeiros quilómetros da atmosfera – e tempestades provenientes de sistemas conectivos organizados.

“Nas regiões da bacia do Rio da Prata, assim como em São Paulo e em outras grandes áreas urbanas e agrícolas da América do Sul, a convecção organizada é um dos mecanismos de precipitação mais importantes e não está corretamente representada nos modelos climáticos globais”, disse Dominguez.

Com base nessa constatação, os pesquisadores, por meio de um consórcio de pesquisa denominado South America Affinity Group, realizaram duas simulações computacionais de um modelo de pesquisa e previsão meteorológica (WRF) com alta resolução sem precedentes e espaçamento de grade de 4 km, representando o histórico do continente. e clima futuro.

O objetivo é utilizar a simulação histórica para validar o modelo e compreender melhor as características hidroclimáticas do continente com mais detalhes, e utilizar a simulação climática futura para avaliar as mudanças que provavelmente ocorrerão na América do Sul sob um clima mais quente.

“Este é um grande esforço que envolve mais de 100 cientistas, muitos deles do Brasil, e a maioria deles de São Paulo”, disse Dominguez.

Baixo desempenho computacional

Segundo Kelvin Droegemeier, professor de ciências atmosféricas da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, modelos incrivelmente sofisticados do sistema terrestre foram desenvolvidos nos últimos anos, representando a atmosfera, o gelo, os oceanos e os ciclos biogeoquímicos, entre outros elementos.

Esses modelos requerem computadores muito potentes para integração a longo prazo. O problema, porém, é que elas só conseguem atingir uma pequena fração da capacidade máxima das máquinas atuais.

“Os modelos atuais atingem apenas entre 2% e 3% de uma máquina exascale [espécie de computador de alto desempenho com capacidade cerca de mil vezes mais rápida que os supercomputadores mais potentes em uso]. Carro de corrida de Fórmula 1 e só podia ser dirigido a uma velocidade de 25 quilômetros por hora”, comparou o pesquisador.

Além disso, os modelos apresentam problemas de resolução e física e não conseguem capturar detalhes como processos que ocorrem em regiões como a América do Sul. “Esses modelos têm muitos problemas, mas a culpa não é deles, mas dos sistemas em que são executados”, explicou Droegemeier.

A fim de promover a capacidade computacional para executar modelos do sistema Terra, a universidade dos EUA realizará uma reunião internacional entre o final de setembro e o início de outubro deste ano, com o objetivo de desenvolver um sistema computacional para a ciência do sistema terrestre de fronteira em simulação e projeção climática.

“O objetivo será discutir onde estão os sistemas de computação que nos permitirão rodar esses modelos em altíssima resolução global. Temos interessados, como fabricantes de chips como NVIDIA e Intel, interessados ​​em participar da discussão”, afirmou o pesquisador. .

A universidade norte-americana está também a desenvolver um plano para criar um centro nacional para a previsão de eventos extremos causados ​​pelas alterações climáticas e outro sobre a ciência da previsão e suas aplicações, anunciou Droegemeier.

Marcos Buckeridge, professor da Universidade de São Paulo (USP), também participou do painel sobre estudos climáticos.

Fornecido pela FAPESP